应用型本科信息类专业CDIO工程教育体系研究与实践
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作者:柴西林
摘 要： 为适应当前新形势下社会对应用型人才的需求，以ZX高校电子信息工程等信息类应用型本科工科专业为例，结合先进的CDIO工程教育理念，展开适合地方本科院校的工程教育体系研究与实践。第一，创新培养体系，构建并实施知识、能力、素质三位一体的“专业+应用方向”人才培养方案，建立了科学合理的立体化课程体系，形成了多个实践特色鲜明的模块化课程集群和适合工程人才培养的教学方法。第二，创新实践方法，建立了层次化的实验体系、一体化的CDIO实践体系及课内外互动的实践训练体系。第三，创新评价体系，构建了 “多元智能化立体式”评价体系，使得“目标-措施-评价”形成闭环系统，相互反馈深化教学改革。另外，通过加强校企联合、制度建设等有力措施，全方位促进CDIO工程教育体系建设。
关键词： 应用型本科;信息类专业;CDIO;实践;工程教育体系
中图分类号： G642 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.072
本文著录格式：柴西林. 应用型本科信息类专业CDIO工程教育体系研究与实践[J]. 软件，2020，41（10）：277281
【Abstract】： In order to adapt to the needs of society for applied talents under the current new situation， taking the information application undergraduate engineering majors such as electronic information engineering of ZX college as an example，combining the advanced CDIO engineering education concept， the research and practice of engineering education system suitable for local undergraduate colleges is launched. First， the innovation of the training system， the “professional + application direction” talent training program of knowledge， ability and quality has been built and implemented， a scientific and reasonable three-dimensional curriculum system has been established，a number of modular curriculum clusters with distinctive practical characteristics and teaching methods suitable for the cultivation of engineering talents have been formed. Second， the innovation of practice methods has established a hierarchical experiment system， an integrated CDIO practice system and an interactive practice training system in and out of class. Third， innovative evaluation system， constructed a “multi-intelligent three-dimensional” evaluation system， making the “target-measure-evaluation” form a closed-loop system， mutual feedback deepens teaching reform. In addition， the CDIO engineering education system promotes construction in an all-round way through school-enterprise alliances， system construction and other powerful measures.
【Key words】： Applied undergraduate; Information category Specialty; CDIO; Practice; Engineering education system
0 引言
隨着信息技术与应用飞速发展，信息技术对国民经济和社会发展起到越来越重要的支撑作用，信息产业已成为当今社会知识、智力密集型产业，应用技术型高校需要培养大批能够适应和支撑信息产业发展的工程技术人才。在贯彻与落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》和《信息产业调整和振兴规划》的基础上，培养能够解决工程领域理论层面和实践层面问题的创新人才，既要让学生获得更宽更深的知识，同时获得足够的工程素质和能力。因此，以样本院校应用型本科电子信息工程、物联网工程等信息类工科专业为例，引进先进的CDIO工程教育模式，即将构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）运用[1]到实践教学中，采用“做中学、学中做”的方法，培养学生的工程能力、运用专业知识解决问题能力、终生学习能力、团队协作能力[2]、交流能力和系统调试能力等，构建一体化的CDIO工程教育体系，从而提高大学生的工程素质、实践动手能力和创新精神，以便适应社会对本专业人才的需求，增强学生的就业能力。 1 基于CDIO理念创新培养体系
1.1 建立与市场需求对接的“专业+应用方向”各专业人才培养方案，着重培养学生工程实践能力
教学计划和培养目标的调整，需要结合学校定位、专业性质和服务面向以及社会需求。综合考虑以上因素，样本院校对电子信息工程、物联网工程等4个信息类工科专业于2013-2019年分3次修订了各专业人才培养方案。总体上压缩了部分专业理论教学课时，同时增加其实践实训课时，增加了专业任选课门数。改变传统的理论教学方式，采用教师指导与学生设计制作相结合的学习方式，减少基础实验题目， 增设综合性实验题目，将课内基础实验与课外实践创新融为一体， 注重学生实践应用能力培养， 进一步巩固提高教育教学质量。
以“专业+应用方向”改造信息类4个专业，分别是：计算机科学与技术专业下设网络技术与应用方向、数字动漫和大数据应用方向;电子信息工程专业下设电气及自动化方向和通信工程方向;信息管理与信息系统专业下设电商工程方向;物联网工程专业因开办时间较短暂时未设方向。加了应用方向的人才培养目标，显然与原专业人才培养目标不同，除了要具备本专业基础知识、基本理论和技能，具有较强的专业应用能力之外，还要延伸到电气工程、自动控制、智能系统、通信工程，以及互联网、数字媒体、经济与行政管理等应用领域的前沿或热门方向，这就使原来的专业具有了应用方向的特色，最重要的是便于结合具体工程领域培养学生工程实践能力。调整后的培养方案，“专业特色明显、应用优势突出”，更加突出工程实践理念，各专业（方向）实现了“扎实理论、增强实践、熟练技能、突出专长”的教学目标，定位了各专业（方向）本科人才的培养目标，从教学与管理多方面实施较大幅度改革。
1.2 建立科学合理的立体化课程体系
1.2.1 构建了由四大模块、三大系列构成的课程体系
根据专业培养计划，在各专业课程基础上加开各应用方向的限选任选课程，为实施应用方向的特色构建了由四大模块、三个系列构成的课程体系，如图1所示。四大模块包括理论课程体系、实验课程体系、实践课程体系和考核评价体系，三个系列包括公共基础类课程、综合素质类课程、专业类课程，其中专业类课程又包括专业必修课程、专业限选课程（应用方向课）、专业任选课程系列（扩展知识面）。
1.2.2 調整专业课程结构，合理加大实验实践教学比重
依据CDIO工程教育理念，以电子信息领域的产品设计、生产、维护能力培养为核心，以“夯实基础、拓宽知识、强化能力、提高素质、发展个性、激发潜能”为原则[3]。通过整合现有课程，拓宽基础课程，强化实践课程，构建了具有创新性、应用性的专业课程体系，形成CDIO培养计划[4]。以物联网工程专业为例，各课程模块理论教学时数在该专业原有人才培养方案中，占总课时的88.1%，而实验实践的教学比重较低，只占了11.9%，远远不能满足“学中做、做中学”的CDIO实验实践教学的需求;修订后，压缩了一部分理论学时，补充到实验实践学时中，同时增开专业实训课程，理论教学时数占总课时的67.4%，实验实践实训学时达32.6%，高于《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中“理工农医类本科专业实践教学学时不少于总学时的25%”的要求。
1.3 立体化综合部署，加强学科综合，构建强调“实践第一”思想的模块化课程集群体系
根据地方经济发展以及社会对信息类专业人才的需求，结合教学对象的特点，动态整合教学内容和课程结构，立体化综合部署主干课程，构建模块化课程集群体系，实现教学内容的优化，避免内容的重叠和重复，同时打通课程界限，注重课程之间的衔接和关联。将集群内的各门课程划分为若干层次，按课程特点进行分类建设，形成一个多层次、立体化、集群化的信息类专业课程体系[5]。目前，建设形成了强调“实践第一”思想的几个比较有特色的课程集群如图2所示。
其中，电子线路基础课程集群，包括电子技术基础—模拟电子技术—数字电子技术—高频电子线路等系列课程;微机系列课程集群由低到高、由原理到应用，包括微机原理与接口技术—单片机原理与应用—嵌入式系统—DSP技术与应用—EDA等系列课程;软件设计编程类课程集群，主要包括VB、C/C++、JAVA—数据结构—数据库—WEB设计与应用—软件工程等系列课程;各类仿真设计课程集群，主要包括Matlab在电子信息类课程中的应用、Proteus电子系统设计与仿真、Protel电路设计与仿真、Multisim电路设计与仿真、Labview虚拟仪器设计与仿真等系列课程;创新创业类课程集群，包括3D打印技术、机器人设计与编程、综合电子系统设计、大数据分析与应用、商务平台与网站建设等课程。
1.4 依托省级教学改革项目，形成了项目教学法等适合工程人才培养的教学方法
教改期间，本专业教师获批教育部高等教育司产学研协同育人项目2项、省级教育科学规划项目3项，省级教学质量工程项目7项，省级创新创业训练项目4项，校级重点课程建设、教学研究课题等3项;参与编写应用型本科信息大类专业“十二五”、“十三五”规划系列教材10多部。依托以上教改项目，成功将案例教学法、项目教学法、任务驱动教学法及模拟教学法等适合工程人才培养的教学方法引入专业课程教学中，极大地激发了学生的学习兴趣和积极性，培养和锻炼了学生的创新能力，提高了教学质量。
2 基于CDIO理念创新实践方法
2.1 构建以项目为主导的知识、技术和能力培养一体化的CDIO实践体系
实践课程体系是实施CDIO模式的重要载体。建设一个集知识、技术和能力培训于一体的面向项目的CDIO实践系统，就是将构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）应用于实践教学。在注重实验教学的同时，还要特别注重专业能力的培养、创新训练和整个系统的设计能力。我们采用分级的项目设计和实施任务。一级项目为工程的初级引导。在公共基础课和专业基础课的基础上，培养学生的工程意识和基础工程分析与实现能力。二级项目是基础理论、技术和基础工程应用的训练，培养学生分析、设计、应用基础专业技术和工程的能力及其团队合作能力。三级项目是专业理论、知识与技术的综合应用训练，培养学生的专业理论、知识与技术的综合应用能力和创新能力，以及团队精神。 以电子信息工程专业为例，在专业基础课程“C语言程序设计”、“模拟电路”等的基础上，構建“电路设计与仿真”、“单片机原理与应用”、“综合电子设计与制作”以及“机器人设计与编程”等一体化实践系统，其中实践环节均按CDIO的理念设计如表1所示。
2.2 构建层次化实验教学体系，建设高质量实验（实训）教学中心
实验课程是学生开展CDIO实践教学活动的基础，是为加深对理论教学基本概念、基本原理、基本方法的理解和认识所开设的配套实验内容。根据专业培养目标和教学计划形成层次化实验教学体系：包括基础型、应用型、综合型、设计型及创新型实验，如图3所示。根据实验内容，课程实验又分为演示性实验、验证性实验、设计性实验和综合性实验四种不同深度的实验类型。为了提高学生解决实际问题和综合问题能力，在实验教学计划修订中，适当减少了演示性和验证性实验，增加综合性、设计性的实验项目[6]，从而提高学生分析、设计和解决综合实际问题的能力。近年来，根据不同方向的新教学内容体系，整合硬件和软件资源，搭建更科学的教学实验平台。先后建成了多个专业教学实验室。从而以工程化培养理念为指导，以实验室平台为工具，组建了与社会需求同步的工程化综合实验教学环境。
2.3 建立课内外互动的实践训练体系
充分调动各项资源，依托学科专业竞赛、班级科技小组、专业工作室、社团以及本科毕业设计、实习等活动，同时开展校企合作、项目外包等活动，加强工程实践与社会接轨度，建立课内外互动的实践训练体系，形成“课程-实践—实训-竞赛-创新”循环促进的可持续发展教学体系，并在学生中发挥“传、帮、带”的作用，组建多学科交叉的学生创新团队，除了完成规定的学习内容外，学生还可以独立学习新的知识和技能，探索未知领域，完善知识体系和结构，极大地提高了自身的工程素质。同时，更多的让企业参与到人才培养的过程中，为CDIO工程实践及认证创造实训和实战基地。
3 基于CDIO理念创新评价体系及其它措施
3.1 构建“多元智能化立体式”评价体系， 形成相互反馈的“目标-措施-评价”的闭环体系
在信息化社会中，对人才的要求不再是单一能力的体现，特别是CDIO体系，是从工程能力、职业道德、运用专业知识解决问题能力、终生学习能力、团队协作能力、交流能力和系统调试能力等多个方面对学生进行考查。这也是学生进入社会所必备的职业素养。构建“多元智能化立体式”评价体系，改革教育评价观念，形成“目标-措施-评价”的闭环体系，相互反馈深化教学改革。
考核评价体系主要是为了检验学习效果，它负责教学全过程的督导和评估，并对培养方案的制定、执行、反馈与改进提供建设性意见和建议。评价体系改革了以往的传统的以书面考试为主的成绩评定方法，加大平时考核力度，将一次考核改为全程考核。通过不同标准、采用不同的方法衡量学生的专业知识、个人自身能力、团队协作能力[7-8]。在实际应用中，项目方案论证分数占25%，项目设计占35%，项目制作、实验等占30%，项目优化、总结占10%。这样要求学生只能全部完成项目才能获得较高的分数，且也可以锻炼学生今后承担工程项目的能力。鼓励多学科综合应用，并注重创造性和创业精神培养，让学生通过自我评价和相互评价改变对学习和生活的态度，逐步形成相应的工作技能。教改期内，《多元智能立体化评价体系在工科专业应用型人才培养中的实践和研究》获得了校级及甘肃省教育厅级教学成果奖励。
3.2 其它措施
第一，调整教学思路，加强实践观念，加快专业师资队伍建设，铸就一批理论水平高、实践能力强的双师型师资队伍，提高教研与科研能力，反哺教学，形成了一批理论和实践的研究成果，夯实人才培养目标实现的根基。
第二，为了有效推进教学改革，实现人才培养的新目标，在前期进行广泛调研和讨论的基础上，制定了毕业论文（设计）工作实施细则、本科生实习实施细则、实验室管理规定等系列化近20项教学管理制度，涉及教学计划、师资队伍建设、毕业设计、实习、实验室管理、课堂管理等多方面内容，为深化CDIO体系建设保驾护航。
4 应用实施效果
CDIO工程教育体系已在样本院校实施多年，对培养应用型本科工科专业学生的工程实践能力和创新能力起到了积极作用。在省级、国家级各类专业学科竞赛中成绩喜人，并有效改善了学生就业情况。近年来样本院校电子信息工程等3个信息类专业学生在“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛、中国大学生计算机设计竞赛、全国信息技术应用水平大赛、全国“互联网 + ”大学生创新创业大赛、“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛、“赛百特杯”全国大学生智能互联创新应用设计大赛等参各类学科专业竞赛中，已有345名学生在161项竞赛项目中分别获得国家级二等奖7项、国家级三等奖3项、省级特等奖7项、省级一等奖26项、省级二等奖53项及三等奖65项。学生团队获批省级大学生创新创业项目2项，并参与教师科研项目、专利多项。教学相长，形成了一批理论和实践的研究成果，部分成果如教材、论文、课件等被其他学校借鉴。电子信息工程专业被评为甘肃省本科特色专业;多元智能化立体式评价体系获得了校级及教育厅级教学成果奖励。这一切充分肯定了本成果的应用效果。
5 结论
首先，CDIO工程教育体系以工程为导向，引进了先进的CDIO工程教育理念，准确认识工程教育的目标和模式，结合实际对信息类专业的培养目标、培养计划、实验实践体系、教学方法等进行了全方位的创新构思与设计，构建并实施知识、能力、素质三位一体的“专业+应用方向”人才培养方案，实现了培养体系上的创新。
其次，通过层次化的实验体系，培养学生的工程实践基本技能。通过集群化的系列实践课程，培养学生的团队精神、协调能力、职业道德及社会责任感。通过课内外互动的工程训练，培养学生分析和解决实际工程问题的初步能力。三者融合，使学生在掌握基本技能的基础上，具有一定的独立学习能力、设计与创新能力、初步的研发能力，能适应当前新形势下社会对人才的需求，实现了实践方法上的创新。
最后，通过多元智能的评价体系，从而准确地评价学生的动手能力和工程素质，使学校的学生评价体系与社会接轨，与企业考评体系有机结合，实现了评价体系上的创新。
参考文献
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